一种运放控制的阶梯式导电率教学演示器的制作方法

属于教学仪器演示领域。

背景技术：

创新是民族之魂，青年学生是创新的力量。

国家的强盛在于人材，人材的培养在于教育。教育的重点青少年，少年强则国强，少年进步则国进步，要培养少年对科学的热爱，提高教学质量是关键，而实验仪器的精准是提高教学的一个重要因素，实验仪器好，所做的实验更具说服力，从而使学生认识事物，了解自然现象，启发学生的思维，对提高教育水平起到重要作用。因此，教学中的各种实验仪器都在不断的提升，但却还存在着很多不足之处：一是实验仪器的种类不足，特别是针对低年级学生的实验仪器还不全面。二是教学仪器中寓教于乐的精神还不够，三是现在多数教学仪器的成本太高，因而对一些偏远的村庄学校，还不能普及到很多普遍的教学仪器。

电学是物理学中最重要的一种门类，充满神奇的电学实验，能激发少年的兴趣，同时对建立电学的基本概念有着重要的作用，如果能研制一种多功能的导电演示仪而且演示仪能将抽象的将电学部分概念与定律形象化，显然对受教育者有有着积极的帮助。

技术实现要素：

为了让教学仪器普及到每所学校，丰富教学仪器的种类，本发明的措施是研制一种运放控制的阶梯式导电率教学演示器，其目的一是让学生从一种感性的角度，了解导电率的情况，理解导体，电阻，绝缘体物体的概念与意义，进而理解理解欧姆定律的意义，因而让学生打下基础。二是该仪器因具有光与声的三种色彩的显示，因此具有一定的趣味性，能培养起广大青少年对科学的热爱。三是成本低廉，可以成为一种在广大学校普及的仪器。

本发明所采用的措施是：

1、一种运放控制的阶梯式导电率教学演示器由测试棒、测试夹、测试仪接插孔、电子线路共同组成。

测试棒由导体构成，外表包有绝缘物；测试夹由鳄鱼夹子构成。

测试仪接插孔有两个插孔组成，其中一个连接在电子线路的输入端上，另一个连接地线上。

电子线路由前置放大级、比较放大级、振荡级、语音级、显示推动级、清零级、显示级组成。

前置放大级由灵敏可调电阻、灵敏限制电阻、前置放大管、测试电压指示保护电阻、测试电压指示发光管组成。

相互连接的方式是，灵敏可调电阻与灵敏限制电阻相互串联，一端连接在测试仪的一个接插孔上，另一端连接在前置放大管的基极上，前置放大管的发射极连接电源，集电极连接了五路输出，第一路连接了比较放大级中的第一单元输入，第二路连接了比较放大级中的第二单元输入，第三路连接了比较放大级中的第三单元输入，第四路连接了由测试电压指示保护电阻与测试电压指示发光管的串联而成的测试电压指示支路的一端，测试电压指示支路的另一端接地线，第五路接清零级的输入。

比较放大级由三个单元组成，第一个单元由比较端上偏电阻一、同相端隔离二极管一、比较放大级下偏稳压管一、比较放大级下偏稳压管一、前置隔离二极管一、比较放大器一共同组成。

连接方式是，前置隔离二极管一的正极是输入端，接前置放大管的集电极，前置隔离二极管一的负极连接了比较放大器一的同相输入端；上偏电阻一的一端连接电源，另一端连接连接了三路，第一路连接了同相端隔离二极管一的正极，同相端隔离二极管一的负极连接比较放大器一的反相端，比较放大器一的反相端还连接了互锁二极管3—2的负极与互锁二极管2的负极，第二路连接了比较放大级下偏稳压管一的正极，比较放大级下偏稳压管一的负极接地线，第三路连接了比较放大级下偏稳压管二的一端，比较放大器一的输出端是比较放大级中一单元的输出端。

比较放大级第二个单元由比较端上偏电阻二、同相端隔离二极管二、比较放大级下偏稳压管二；下偏隔离二极管二、前置隔离二极管二、比较放大器二共同组成。

连接方式是，前置隔离二极管二的正极是输入端，接前置放大管的集电极，前置隔离二极管二的负极连接了比较放大器二的同相输入端，上偏电阻二的一端连接电源，另一端连接连接了三路，第一路连接了同相端隔离二极管二的正极，同相端隔离二极管二的负极连接比较放大器二的反相端，比较放大器二的反相端还连接了互锁二极管3—1的负极；第二路接了比较放大级下偏隔离二极管二的正极，比较放大级下偏隔离二极管二的负极接比较放大级下偏稳压管二的另一端，第三路连接了比较放大级下偏稳压管三的一端，比较放大器二的输出端是比较放大级中二单元的输出端，连接了互锁二极管2的正极。

比较放大级第三单元由比较端上偏电阻三、同相端隔离二极管三、比较放大级下偏稳压管三、前置隔离二极管三、比较放大器三、互锁二极管3--1、互锁二极管3--2共同组成；连接方式是，比较放大器三的同相输入端；接前置放大管的集电极，上偏电阻三的一端连接电源，另一端连接连接了两路，第一路连接了同相端隔离二极管三的正极，同相端隔离二极管三的负极连接比较放大器三的反相端；第二路连接了前置隔离二极管三的正极，前置隔离二极管三的负极，连接了比较放大级下偏稳压管三的另一端，比较放大器三的输出端是比较放大级中三单元的输出端，比较放大器三的输出端连接了互锁二极管3—1与互锁二极管3—2的正极。

振荡级有三个单元，分别是振荡一单元、振荡二单元及振荡三单元。

振荡一单元由交连二极管一、振荡一单元中振荡电容一、振荡一单元中振荡电阻一、振荡一单元中运放集成一、振荡一单元同相端上偏端电阻一、振荡一单元同相端下偏电阻一共同组成；连接方式是：交连二极管一的负极是本单元的输入，连接了比较放大级第一单元的输出端，即是比较放大器一的输出端，交连二极管一的正极连接了振荡一单元中运放集成一中的反相端，运放集成一中的反相端还连接了振荡一单元中振荡电容一的正极，振荡电容一的负极接地，振荡电阻一接在振荡一单元中运放集成一的反相端与输出端之间，振荡一单元中运放集成一的输出端连接了振荡一单元同相端上偏端电阻一的一端，同相端上偏端电阻一的另一端连接了运放集成一的同相端，同相端下偏电阻一接在运放集成一的同相端与地线之间，运放集成一的输出端是振荡一单元的输出端。

振荡二单元由振荡二单元由交连二极管二、振荡二单元中振荡电容二、振荡二单元中振荡电阻二、振荡二单元中运放集成二、振荡二单元同相端上偏端电阻二、振荡二单元同相端下偏电阻二共同组成，连接方式是：连接方式是交连二极管二的负极是是二单元的输入，连接了比较放大级第二单元的输出端，即是比较放大器二的输出端，交连二极管二的正极连接了振荡二单元中运放集成二中的反相端，运放集成二中的反相端还连接了振荡二单元中振荡电容二的正极，振荡电容二的负极接地，振荡电阻二接在振荡二单元中运放集成二的反相端与输出端之间，振荡二单元中运放集成二的输出端连接了振荡二单元同相端上偏端电阻二的一端，同相端上偏端电阻二的另一端连接了运放集成二的同相端，同相端下偏电阻二接在运放集成二的同相端与地线之间，运放集成二的输出端是振荡二单元的输出端。

振荡三单元由交连二极管三、振荡三单元元中振荡电容三、振荡三单元中振荡电阻三、振荡三单元中运放集成三、振荡三单元同相端上偏电阻三、振荡三单元同相下偏端电阻三共同组成。

连接方式是连接方式是：交连二极管三的负极是是三单元的输入，连接了比较放大级第三单元的输出端，即是比较放大器三的输出端，交连二极管三的正极连接了运放集成三中的反相端，运放集成三中的反相端还连接了振荡三单元中振荡电容三的正极，振荡电容三的负极接地，振荡电阻三接在振荡三单元中运放集成三的反相端与输出端之间，振荡三单元中运放集成三的输出端连接了振荡三单元同相端上偏端电阻三的一端，同相端上偏端电阻三的另一端连接了运放集成三的同相端，同相端下偏电阻三接在运放集成三的同相端与地线之间，运放集成三的输出端是振荡三单元的输出端。

语音级由语音第一单元、语音第二单元、语音第三共同组成。

语音级中语音第一单元的一端连接比较放大级中一单元中的输出端；另一端接地。

语音级中语音第二单元的一端连接比较放大级中二单元中的输出端；另一端接地。

语音级中语音第三单元的一端连接比较放大级中三单元中的输出端；另一端接地。

显示推动级由显示推动一单元、显示推动二单元、及显示推动三单元共同组成。

显示级由第一显示单元、第二显示单元、第三显示单元组成，每个显示单元中包含9个双阳极共阴发光管，以及每个双阳极共阴发光管的共阴电阻。

显示推动一单元由显示推动一单元中计数器，计数器输出端所连接的或门二极管，清零端所连接的对地电阻共同组成；显示推动二单元由显示推动二单元中的第一计数器、显示推动二单元中的第二计数器、两计数器输出端所连接的或门二极管，两计数器清零端所连接的对地电阻共同组成；显示推动三单元由显示推动三单元中的第一计数器、显示推动三单元中的第二计数器、显示推动三单元中的第三计数器、三块计数器输出端所连接的或门二极管，三块计数器清零端所连接的对地电阻共同组成。

显示推动二单元中的第一计数器的最后一位输出端连接了显示推动二单元中第二计数器的振荡输入端，显示推动三单元中第一计数器的最后一位输出端连接了显示推动三单元中第二计数器的振荡输入端，显示推动三单元中第二计数器的最后一位输出端连接显示推动三单元中第三计数器的振荡输入端，显示推动三单元中的三块计数器的清零端都接一个清零隔离二极管的负极，三个清零隔离二极管的正极都接在显示推动三单元中第三计数器的最后一位输出端上。

第一显示单元中的第一个双阳极共阴发光管的两个阳极中第一阳极为两路，一路接显示推动一单元中计数器的第一输出所接的或门二极管的负极，第二路接显示推动三单元中第一计数器的第一输出端所连的第一或门二极管的负极，第二阳极为两路，第一路接显示推动二单元中第一计数器的第一输出端所连的或门二极管的负极，第二路接显示推动三单元中第一计数器的第一输出端所连的第二或门二极管的负极，第一显示单元中的其余双阳极共阴发光管的两个阳极接法相同，不同之处是第一显示单元中的第二个双阳极共阴发光管接对应计数器的第二输出端，第一显示单元中的第三个双阳极共阴发光管接对应计数器的第三输出端，第一显示单元中的第四个双阳极共阴发光管接对应计数器的第四输出端，第一显示单元中的第五个双阳极共阴发光管接对应计数器的第五输出端，第一显示单元中的第六个双阳极共阴发光管接对应计数器的第六输出端，第一显示单元中的第七个双阳极共阴发光管接对应计数器的第七输出端，第一显示单元中的第八个双阳极共阴发光管接对应计数器的第八输出端，第一显示单元中的第九个双阳极共阴发光管接对应计数器的第九输出端。

第二显示单元中的第一个双阳极共阴发光管的两个阳极中第一阳极接显示推动三单元中第二计数器的第一输出端，第二显示单元中的第一个双阳极共阴发光管的第二阳极为两路，一路接显示推动二单元中第二计数器的第一输出端所连的或门二极管的负极，第二路接显示推动三单元中第二计数器的第一输出端所连的第二或门二极管的负极，第二显示单元中的其余双阳极共阴发光管的两个阳极接法相同，不同之处是第二显示单元中的第二个双阳极共阴发光管接对应计数器的第二输出端，第二显示单元中的第三个双阳极共阴发光管接对应计数器的第三输出端，第二显示单元中的第四个双阳极共阴发光管接对应计数器的第四输出端，第二显示单元中的第五个双阳极共阴发光管接对应计数器的第五输出端，第二显示单元中的第六个双阳极共阴发光管接对应计数器的第六输出端，第二显示单元中的第七个双阳极共阴发光管接对应计数器的第七输出端，第二显示单元中的第八个双阳极共阴发光管接对应计数器的第八输出端，第二显示单元中的第九个双阳极共阴发光管接对应计数器的第九输出端。

第三显示单元中的第一个双阳极共阴发光管的两个阳极都接显示推动三单元中第三计数器的第一输出端，第三显示单元中的另8个双阳极共阴发光管的两个阳极依次连接在显示推动三单元中第三计数器的另8位输出端上。

每块计数器的清零端与地线之间都连接一个接地电阻。

显示级所有发光管的负极分别连接了一只电阻到地线。

清零级由清零微分电路与6个清零或门二极管组成。

清零微分电路由清零微分电容、清零微分电阻、清零交连电阻、清零N管、清零P管组成。

清零微分电容的一端为清零级的输入，与前置放大管的集电极相接，清零微分电容的另一端为两路，一路接清零微分电阻到地线，另一路接清零N管的基极，清零N管的发射极接地线，清零N管与清零P管的基极之间接清零交连电阻，清零P管的发射极接电源，清零P管的集电极接6个清零或门二极管的正极，清零或门二极管一的负极接显示推动一单元中计数器的清零端，清零或门二极管二的负极接显示推动二单元中第一计数器的清零端，清零或门二极管三的负极接显示推动二单元中第二计数器的清零端，清零或门二极管三的负极接显示推动三单元中第一计数器的清零端，清零或门二极管四的负极接显示推动三单元中第二计数器的清零端，清零或门二极管五的负极接显示推动三单元中第二计数器的清零端，清零或门二极管六的负极接显示推动三单元中第三计数器的清零端。

2、显示推动第一单元的二进制计数器与显示推动第二单元的二进制计数器是采用集成电路CD4060。

3、显示推动第三单元的三块十进制计数器是采用集成电路CD4017。

对上述措施的意义解释如下：

一、整个电路图所产生的原理：当所测的物体连在测试孔两端时，根据物体导电的性能，对前置放大管PNP管（图2中2.03）产生偏流，其集电极产生放大电流，该电流经过了三个前置隔离二极管（图2中的3.105、3.205、3.305）加在了三个比较放大器（图2中的3.106、3.206、3.306）的同相输入端，这时三个比较放大器，将根据输入信号的强弱可能产生输出，从而激励演示推动单元动作（图1中的第六单元），让演示部分产生对应演示现象。由于本仪设计有清零级，其功能是每次测试时，将对推动单元动作中所有计数器清零端加瞬态电压清零，从而保证了显示级的逻辑正确。

二、三个比较放大器的门坎电压不一样，成为阶梯的数值，其原因是单元一只有一个比较放大级下偏稳压管一（图2中的3.104、），而二单元在此基础上增加了一个下偏隔离二极管一（图2中的3.203）一个比较放大级下偏稳压管二（图2中的3.204），同理三单元在二单元元的基础上又增加了增加了一个下偏隔离二极管一（图2中的3.303）一个比较放大级下偏稳压管二（图2中的3.304）。所以在测试中，良导体经前置放大管放大后，能超过门坎最高的第三单元，次之的电阻经前置放大管放大后，能超过门坎次之的的第二单元，再次之的电阻经前置放大管放大后，只能超过门坎再次之的的第三单元，绝缘体则不能触动比较放大器。三个比较放大单元的特点一是采用比较放大器，所以触发门坎阀值特征强，同时有很高的灵敏度。二是输出端要么是高位，要么是低位，输出特征强。三是三个比较放大器均为同相端输入，好处是输入阻抗很高，对接口三极管的影响很小，又加之三个比较放大器的输入间焊有前置隔离二极管（图2中，3.105、3.205、3.305），所以相互之间不会产生影响。

三、由于三个比较放大器之间，连接有互锁电路，比较级只有一个单元唯一输出。其结构是，门坎最高的第三单元通过互锁二极管3--1（图2中的3.307）与互锁二极管3--2（图2中的3.3071）锁定了门坎低第二单元与第一单元，门坎次高的第二单元通过互锁二极管2（图2中的3.207）锁定了门坎低最低的第一单元。所以形成了这样的原理，这三个放大器中只能有一个处于放大状态，且是门坎相对高的一个比较放大器工作，（因为该放大级输出高位后，其余的放大级因互锁而不可能工作）。它表示也是导电率最高的等级。形成互锁的原理是，当该级放大器工作后，输出为高位，这时将电位传到了其它放大器的门坎电压上，门坎电压骤然提升，将高于同相端的输入电压，所以使原级本可以工作而演变成了不能工作的状态。由于上述原因，比较放大级只可能有一个单元有输出，所以显示推动级中也只可能有一个单元对应工作。所以显示导电的情况只能是一种情况，而不存在两种情况的共存情况。所以显示的效果是唯一的。

四、振荡级对应了显示级发光管的亮熄演示频率。振荡级的结构与原理如下：比较放大级中三个单元分别对应振荡级中的一个振荡单元，当比较放大级中三个单元的一个单元工作时，振荡级中只有一个对应的振荡单元，工作，形成的原理是，当没有测试信号时，比较放大级没有输出信号，即是低位零信号，振荡级中的每个单元反相端分别被对应的交连二极管（图2中4.11，4.21，4.31）钳位，所以不产生振荡信号，不激励后级的演示显示推动级工作。

当振荡级中的对应单元输出为高位时，对应的交连二极管负极为高位，为反向偏置，这时对应的振荡级单元工作开始振荡。由于三个单元振荡线路对称，现以第一单元为例说明产生振荡的原理：

产生的原理是：当振荡一单元中运放集成一（图2中的4.15）输出端为高位时，通过振荡一单元中振荡电阻一（图2中4.13）向振荡一单元中振荡电容一（图2中4.12），当振荡电容的电压高过同相端的分压电压后，运算放大器输出端发生变化，由高位变为低位，这时同相端电压变低，成为振荡的前半周期，这时振荡电容通过振荡电阻放电，当反相端电压低到同相端电压时，运算放大器输出再次由低位变为高位，成为振荡的后半周期，这样产生第二周期，三周期及无数周期，产生振荡。

该电路线路简单，易起振荡，振荡稳定，易于与后级线路配合。

振荡电阻设计为可调电阻，便于调整振荡频率。

五、显示推动级各单元连接了显示级对应发光管，此此各单元的激励决定了所连发光管的数量与规律。显示推动级形成的结构与原理如下：振荡级中的三个单元中分别对应于显示推动的一个单元。由于显示推动级的核心件是计数器，所以振荡级的输出端连接了计数器的振荡输入端。计数器的输出端直接激励了显示级的发光管，每个单元的计数器所连的发光管数量不一样，而且有很明显的差别。每个单元的激励信号频率也完全不一样，视角效果有明显的不同。

A、显示推动第一单元。

该单元的特点一是门坎最低，只能是导电率最低的物体可能通过的阀值，二是计数器由二进制计数器如4060组成，三是该单元的计数器最少，因而的所带的发光管数量也最少，四是计数器的频率为最慢，五是计数器的输出端连接了显示级双阳极共阴发光管的一极，因而所激励的发光管所产生的色彩是一种颜色。

因为连线如上特点，所以其发光管亮的规律一是二进制计数器输出的规律，即是先是第一灯亮然后是第二灯亮，继而是以后的 发光管。二是所亮的发光管仅是众多发光管的一部分，且是最少的一部分。三是发光管由熄变亮时，频率极低。

B、显示推动第二单元。

该单元的特点一是门坎比一单元高，但比第三单元低，所以只能是导电率中等的物理通过的阀值，二是计数器由二进制计数器如4060组成，三是该单元的计数器比一单元多，因而的带的发光管数量比一单元多，四是计数器的频率比第一单元快，而且有明显差别，但比第三单元慢，五是计数器的输出端连接了显示级双阳极共阴发光管的第二极，因而所激励的发光管所产生的色彩是第二种颜色。

因为连线是如上特点，所以其发光管亮的规律一是二进制计数器输出的规律，即是先是第一灯亮然后是第二灯亮，继而是以后的 发光管。二是所亮的发光管仅是众多发光管的一部分，三是发光管由熄变亮时，频率较快。

C、显示推动第三单元。

该单元的特点一是门坎最高，所以只能是导电率最好的良导体通过的阀值，二是计数器由十进制计数器如4017组成，三是该单元的计数器所用的输出端最多，因而的带的发光管数量为最多，四是计数器的输出端通过或门二极管同时连接了显示级双阳极共阴发光管的两阳极，因而所激励的发光管所产生的色彩是第三种颜色。五是计数器最后一块计数器最后一位输出端对所有计数器的清零端清零。

因为连线是如上特点，所以其发光管亮的规律一是十进制计数器输出的规律，即是先是第一灯亮然后是第二灯亮，继而依次是所有 发光管亮一次。二是所以该单元所激励的显示级的发光管，为循环状态。

六、显示级部分由多个发光管组成，在附图3中，为表达清楚，省掉了很多发光管。该部分有以下特点：

一是这些众多的发光管可以按一定规律作机械排列，可以形成多种好的视觉效果。

二是因为采用了双阳极共阴发光管，同时在两个单元共同连接的发光管的阳极上分别连接有或门二极管，所以激励时互不影响，会发出三种颜色。代表不同的单元激励。

三是由于显示级的发光管分别与三个单元对应，所以每组发光管的数量，亮的频率，方式，色彩都不一样。发光管可以出现三种色彩的情况。

七、由于 本措施中设计有语音级，该级有三个单元分别与比较放大级三个单元对应，所以当对应单元工作时，会输出高位时，激励语音单元会发声。

八、清零级原理与特点。

每次测试物体时，前置放大管会输出电压，经过清零微分电容与清零微分电阻的传递，激励清零N管（图3中8.6），因此清零P管（图3中8.7.）；集电极有瞬态高压输出，通过清零或门二极管一（图3中8.71、）对显示推动三单元中第一块计数器清零端清零；同理通过清零或门二极管二（图3中8.72）；清零或门二极管三（图3中8.73）；清零或门二极管四（图3中8.74）；清零或门二极管五（图3中8.75）；对所有单元中的计数器的清零，由于清零N管与清零P管组成为互补放大，增益很高，只要前置放大管集电极有微小输出，由两管组成的有源微分电路均会有可靠输出，从而保证了光亮逻辑。

实施后有以下突出的优点：

1、电学是物理学中重要的内容，学生能清楚地能过仪器感悟到，什么是良导体，电阻、绝缘体、电流的概念，帮助初学者建立电学中最基本概念有着积极的作用。

2、欧姆定律是电学中最重要的基本定律，学好欧姆定律对电学的深化学习有重要的铺垫作用。初学者感到定义抽象，通过本仪器定型地演示，能使初学者对欧姆定律消化理解，而不是简单地产生只是机械式的呆板记忆。

A、定型地演示欧姆定律揭示的电压一定时，电流与电阻之间的关系。电阻越大，电流越小的视觉效果。

而本仪的众多发光管寓意是一条河流，将抽象的电流比喻成为了水流。当电流过测试体时，导电率高的物体所演示的现象是电流如河水一样能从始点流向终点，（直观视觉效果是在始点的发光管及终点的发光管均要亮，）而且速度很快（体现在频率快，而且产生循环），因而直观视觉效果是电流过物体时受到的阻力（即电阻）很小，因而电流很畅通。电通过导电率差的物体种类，受到的阻力大（即电阻大），如水流一样，流动困难，不仅速度慢（直观视觉效果是频率慢），而且很难流到终点。（体现在终点的发光管不亮，只能是始点及以后的部分发光管亮）。

B、定型地演示欧姆定律揭示的当电阻为一定时，电压越大，电流越大。以及电压越小，电流越小的视觉效果。

用一只电阻作为测试物体，演示时其显示发光管为部分发光管亮，此时减少灵敏度调整电阻的阻值，测试电压指示发光管明亮，其演示意义是提高所测电阻的端电压，此时显示级的发光管亮的数量升位成为良导体的体现的现象，从而表示出电流增大的视觉效果。反之，此时增大灵敏度调整电阻的阻值，测试电压指示发光管熄，其演示意义是减少所测电阻的端电压，此时显示发光管亮的数量降位成为电阻大的表现的现象，从而表示电流减少。

由于本仪最大好处是能将抽象的概念变得形象化，这对初学者特别是边远的山区的学生教育，是很有帮助。

3、本仪器主要是帮助初学者认知而对导体、绝缘体、电阻，电流、欧姆定律概念的定型理解作出演示，其最大好处是对这些抽象的电学有关参数的意义，从多角度，多方面的视角的获得感悟，将抽象的东西变易理解的现象，主要有以下几点：

一、显示级是发光管群，其布局可成为大家所熟悉的东西，如排列成喻意的一条河流，将通过物理的抽象电流模拟成为了大家熟悉的形象水流，成为第一视角。

二、又加上所测试的导体，电阻、绝缘体及所通过测试体均是这一条条河表示，因此可比性，直观性强。

三、电流强，所亮的发光管为全部，频率很快，而且产生循环，形象地表示电流如水流一样流得十分流畅。电流中与小，所亮的发光管为部分，或最小数，而且频率随之变慢，或最慢，初学者理解易。

良导体对电的阻力很小，所以电流很大。

电阻值小的电阻，对电流存在阻力，即是电阻，但因仍能导电，所以亮的发光管数仍较多，频率较快，但不能如导体一样产生循环，形象地表示电流如水流一样，虽能流，但不畅。

电阻阻值过大，导电率差，所亮的发光管很少，且亮的频率很慢，也根本不可能循环。其形象地表示电流如水流一样，电流在电阻上流动时，阻力很大，因此电流流动很困难而吃力。

绝缘体因完全不导电，所以发光管完全不亮，

测试良导体，电阻、绝缘体时，发光管所亮的色彩不一样，每种色对应于一类物体，这种多色分别对应，既便于记忆理解。

有语音报道，因而宣染了氛围。

随着教材的普及与下放，初学者年龄小，因此本演示仪也注意到演示现象的趣味性，而上述特点，正是考虑到这一实际。

4、本仪可以让学生了解一些简单物理与化学现象，以激励青少年的科学激情。

（1）、建立半导体的最基本概念。

将一个二极管的两性按极性插入测试孔中，此时显示上会出现良导体现象。如果反极性插入测试孔中，此时显示上会出现绝缘体的不通电现象。

（2）、建立物体导电率与温度有关的概念。

如用本仪所配的两测试棒的一端分别插入本仪中，测试棒的另一端分别放在置水的容器中，调节测试棒的远近，这时显示级的发光管会完全不亮，这时加热水，这时显示级的发光管会发生变化，这说明温度升高与降低，影响导电率。

（3）、了解电解液导电率的现象。

测试棒的处理如上、同这时在水里加上盐，这时该通道又会成为导通的显示状态，这说明导电体不光是固态的金属类，而且存在于液体。

（4）、了解同样的物体导电性能与环境有关。

如用鳄鱼夹子夹住干燥的木材的两端，这时显示级发光管亮得很少，甚至不亮，但将水洒在所测试的本材上，发光管所亮的数量会增加，这说明木材受潮后导电性能会增加。

5、性能好。因为一是各级与各单元之间匹配好，且线路精简，同时设计有清零单元，保证了逻辑正确。二是比较放大级中各单元的阀值电压采用串联关系，因此阀值电压差距十分明显，成为阀值阶梯。三是本仪中的比较放大级是本仪重要逻辑的第一级，而比较放大线路是电子线路重要的精典线路，可靠，灵敏度高。

6、本仪属于最初级的普及型的演示仪。需求量大，而本仪易生产，调试简单，成本低，便于普及。

附图说明

图1是一种运放控制的阶梯式导电率教学演示器单元之间的相互关系图。

图中：1、测试棒的输入；2、前置放大级；3、比较放大级；3.1、比较放大级中一单元；32、比较放大级中二单元；3.3、比较放大级中三单元；4、振荡级；4.1、振荡一单元；4.2、振荡二单元；4.3、振荡三单元；5、语音级；5.1、语音一单元；5.2、语音二单元、5.3、语音三单元；6、显示推动级；6.1、显示推动一单元；6.2、显示推动二单元；B1、显示推动二单元中第一计数器；B2、显示推动二单元中第二计数器；6.3、显示推动三单元； E1、显示推动三单元中第一计数器；E2、显示推动三单元中第二计数器；E3、显示推动三单元中第三计数器；7、显示级；7.0、第一显示单元；7.1、第二显示单元；7.2、第三显示单元；8、清零级。

图2是一种运放控制的阶梯式导电率教学演示器前半部分的一种电子元件原理图(该图表示比较放大级有多个单元)。

图中：101、对外插孔；2.01、灵敏可调电阻；2.02、灵敏限制电阻；2.03、前置放大管；2.04、测试电压指示保护电阻；2.05、测试电压指示发光管；3.101、比较放大级中一单元中的比较端上偏电阻一；3.102、同相端隔离二极管一；3.104、比较放大级下偏稳压管一；3.105、前置隔离二极管一； 3.106、比较放大器一；3.201、比较放大级中二单元中的比较端上偏电阻二；3.202、同相端隔离二极管二；3.203下偏隔离二极管二；3.204、比较放大级下偏稳压管二；3.205、前置隔离二极管二；3.206、比较放大器二；3.207、互锁二极管2；3.301、比较放大级中三单元中的比较端上偏电阻三；3.302、同相端隔离二极管三；3.303下偏隔离二极管三；3.304、比较放大级下偏稳压管三；3.305、前置隔离二极管三；3.306、比较放大级中三单元中的运放集成三；3.307、互锁二极管3--1；3.3071、互锁二极管3--2；4.11、交连二极管一；4.12、振荡一单元中振荡电容一；4.13、振荡一单元中振荡电阻一；4.15、振荡一单元中运放集成一；4.16、振荡一单元同相端上偏端电阻一；4.17、振荡一单元同相端下偏电阻一；4.151、振荡一单元的输出；4.21、交连二极管二；4.22、振荡二单元中振荡电容二；4.23、振荡二单元中振荡电阻二；4.25、振荡二单元中运放集成二；4.26、振荡二单元同相端上偏电阻二；4.27、振荡二单元同相端下偏电阻二；4.251、振荡二单元的输出；4.31、交连二极管三；4.32、振荡三单元元中振荡电容三；4.33、振荡三单元中振荡电阻三；4.35、振荡三单元中运放集成三；4.36、振荡三单元同相端上偏电阻三；4.37、振荡三单元同相下偏端电阻三；4.351、振荡三单元的输出；5.1、语音级中语音一单元；5.2、语音级中语音二单元；5.3、语音级中语音三单元；6.1、显示推动一单元；6.2、显示推动二单元；6.3、显示推动三单元；7、显示单元；8.21、与前置放大级集电极输出的连接点。

图3是一种运放控制的阶梯式导电率教学演示器显示推动极中三单元与显示级的发光管的连线原理示意图。

图中： 4.151、振荡一单元输出；A、显示推动一单元中计数器；a1、显示推动一单元中计数器第一位输出端所连的或门二极管；a9、显示推动一单元中计数器第九位输出所连的或门二极管；a11、显示推动一单元中计数器清零端所连接的对地电阻；a12、显示推动一单元中计数器的振荡输入端；4.251、振荡二单元输出；B1、显示推动二单元中第一计数器；B2、显示推动二单元中第二计数器；b1.1、显示推动二单元中第一计数器第一位输出所连的或门二极管；b1.9、显示推动二单元中第一计数器第九位输出所连的或门二极管；b10、显示推动二单元中第一计数器最后一位输出端；b2.11、显示推动二单元中第二计数器第一位输出端所连接的或门二极管；b2.91、显示推动二单元中第二块计数器位第九位输出端所连的或门二极管；b21、显示推动二单元中第一块计数器振荡输入端；b22、显示推动二单元中第二块计数器振荡输入端；b31；显示推动二单元中第一计数器清零端所连接的对地电阻；b32；显示推动二单元中第二计数器清零端所连接的对地电阻；4.351、振荡三单元输出；E1、显示推动三单元中第一计数器；E2、显示推动三单元中第二计数器；E3、显示推动三单元中第三计数器；e1.11、显示推动第三单元中第一计数器第一位输出端所连的第一只或门二极管；e1.12、显示推动第三单元中第一计数器第一位输出所连的第二只或门二极管；e1.91、显示推动第三单元中第一计数器第九位输出所连的第一只或门二极管；e1.92、显示推动第三单元中第一计数器第九位输出所连的第二只或门二极管；e10、显示推动第三单元中第一块数器最后一位输出； e2.11、显示推动第三单元中第二计数器第一位输出所连的或门二极管；e2.91、显示推动第三单元中第二块计数器第九位输出所连的或门二极管；e2.10、显示推动第三单元中第二计数器的最后一位输出端；e21、显示推动第三单元中第二计数器的振荡输入端；e31、显示推动第三单元中第三计数器振荡输入端；e34、显示推动三单元中第一块计数器清零端所连接的对地电阻；e34.2、清零隔离二极管一；e35、显示推动三单元中第二块计数器清零端所连接的对地电阻；e35.2、清零隔离二极管二；e38、显示推动三单元中第三块计数器清零端所连接的对地电阻；e38.2、清零隔离二极管三；7.01、第一显示单元中第一个双阳极共阴发光管；7.011、第一显示单元中第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.09、第一显示单元中第九个双阳极共阴发光管；7.091、第一显示单元中第九个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.11、第二显示单元中第一个双阳极共阴发光管；7.111、第二显示单元中第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.19、第二显示单元中第九个双阳极共阴发光管；7.191、第二显示单元中第九个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.20、第三显示单元中第一个双阳极共阴发光管；7.201、第三显示单元中第一个双阳极共阴发光管的共阴电阻；7.28、第三显示单元中第九个双阳极共阴发光管；7.281、第三显示单元中第九个双阳极共阴发光管的共阴电阻；8.1、电源；8.21、与前置放大级集电极输出的连接点；8.3、清零微分电容；8.4、清零微分电阻；8.5、清零交连电阻；8.6、清零N管；8.7、清零P管；8.71、清零或门二极管一；8.72、清零或门二极管二；8.73、清零或门二极管三；8.74、清零或门二极管四；8.75、清零或门二极管五；8.76、清零或门二极管六。

具体实施方式

图1、2、3共同描述了具体实施的一种方式。

一、选元件：按图选定有源件，比较放级及振荡级各单元集成电路选用运算集成324，显示推动级第一与第二单元集成电路选用二进制计数器4060，第三单元集成电路选用十进制计数器4017，三极管选PNP管8550，前置放大级中的灵敏可调电阻及振荡级中的振荡电阻选用可调电阻，振荡电容选漏电小的种类。其它稳压管、二极管与阻容件无特殊要求，语音级中的语音片事先录好内容发音内容，如与第三单元配对的的语音片应事先录制出是良导体的声音，或是第一种音乐。如与第二单元配对的的语音片应事先录制出是导体的声音，或是第二种音乐。如与第一单元配对的的语音片应事先录制出是导电率很差的物体，或是第三种音乐。

二、按图2与图3所示焊接。

三、调试。

1、检查与调试前置放大级。

先确定一只演示电阻，电阻的阻值根据设计要而定。将假测试体连接在测试孔两端。用电压表检测前置放大管的集电极与地线间的电压。

通电检查，将2.01、灵敏度可调电阻的阻值，从最小值调到最大值，此时前置放大管的集电极有最大输出与最小输出，其最大值超过比较放大级第三单元的触发阀值，最小值小于或等于第一单元的触发阀值。同时灵敏度可调电阻的阻值在一定区间时，测试电压指示发光管亮；在一定区间时，，测试电压指示发光管亮熄。

2、调试前置级与比较放大级之配合。

先焊接一个假测试体，该测试体由一个固定电阻与可调电阻串联而成。两电阻的串联阻值根据最有代表的阻值而定。将假测试体连接在测试孔两端。同时将灵敏度可调电阻调到适中的位置，用电压表检测前置放大管的集电极与地线间的电压。

A、通电检查，将假负载的阻值调到最大值，此时比较放大级只有第一单元输出端有高位输出。如果无输出，应减少比较放大级下偏稳压管一；（图2中3.104）之值。

B、通电检查，将假负载的阻值调到中值，此时比较放大级只有第二单元输出端有高位输出。如果无输出，应减少比较放大级下偏稳压管二（图2中3.204）稳压值。如果第一单元与第二单元同时有高位输出，则是比较放大级中互锁二极管2（图2中3.207），或极性焊反或脱焊。

C、通电检查，将假负载的阻值调到最小值，此时比较放大级只有第三单元输出端有高位输出。如果无输出，应减少比较放大级下偏稳压管三的稳压值。（图2中3.304）。

如果第一单元有高位输出，则是比较放大级中互锁二极管3--1，（图2中3.307）未连上，或极性焊反。如果第二单元有高位输出，则是比较放大级中互锁二极管3--2，（图2中3.3071）未连上，或极性焊反。

3、调试振荡级中各单元的振荡频率。

A、调试振荡级中第一单元的频率，调整振荡电阻一的阻值（图2中4.13）将频率调到设计值。

B、调试振荡级中第二单元的频率，调整振荡电阻二的阻值（图2中4.23）将频率调到设计值，此振荡应大大快于第一单元。

C、调试振荡级中第三单元的频率，调整振荡电阻三的阻值（图2中4.33）将频率调到设计值，此振荡应大大快于第二单元。

4、检查显示推动级与显示级。

在安装显示级的所有发光管时，将所有发光管排成一条直线。

A、将假测试体的值调到比较放大器第一单元的触发阀值，此时显示级中的发光管只亮其中的一部分，即是推动显示第一单元计数器所有输出端所连的或门二极管所对应的所有发光管，而且亮的规律是应为依次而亮，否则是该单元的计数器输出与显示级的发光管未连接上或连错。

同时所亮的发光管为第一种颜色，否则是对双阳极共阴发光管的阳极焊错。

B、将假测试体的值调到比较放大器第二单元的触发阀值，此时显示级中的发光管除了第一单元所有的发光管应亮以外，还应增加一部分新的发光管，即是推动显示第二单元计数器所有输出端所连的或门二极管所对应的所有发光管，而且亮的规律是应为依次而亮，否则是显示级中第二单元的的计数器各输出端与所对应的发光管未连接上或连错。

同时所亮的发光管为第二种颜色，否则是对双阳极共阴发光管的阳极焊错。

C、将假测试体的值调到比较放大器第三单元的触发阀值，此时显示级中的所有发光管均应依次而亮，且全部发光管应均亮一次。否则是显示级中第三单元的的计数器各输出端与发光管未连接上或错焊。

同时所亮的发光管为第三种颜色，否则是与输出端所连的或门二极管连错

同时所有发光管的亮产生循环，如果不循环则是第三单元中最后一块计数器最后一位输出端与所有计数器的清零端未连接好。

5、检语音级的情况。

A、将假测试体的值调到比较放大器第一单元的触发阀值，此时语音一单元应发出与之相配的语音，不能紊乱。

B、将假测试体的值调到比较放大器第二单元的触发阀值，此时语音一单元应发出与之相配的语音，不能紊乱。

C、将假测试体的值调到比较放大器第三单元的触发阀值，此时语音一单元应发出与之相配的语音，不能紊乱。

6、检查与调试清零单元。

用示波器检查，用示波器热端连接测试点，冷端接地。

A、用波器热端连接清零P管（图3中8.7）集电极，当每次测试孔连有测试体时，.清零P管集电极有瞬态高位输出，由于该级线路放大倍数高，应不产生故障，否则是连线错误。

B、用波器热端连接各单元计数器清零端，当每次测试孔连有测试体时，各单元计数器清零端有瞬态高位，同时显示级的发光管亮的逻辑顺序不乱。否则是与清零端所连的清零或门二极管极性焊反或脱焊。